在约翰.沃登上校(John A Warden，他是美国空军在五角大楼作战概念部的领头人)参与改进沙漠风暴行动的计划过后6个月，1991年1月17日凌晨，戏剧的帷幕拉开了。2架EF-111A电子干扰机为前往伊拉克西部，为在那里猎杀飞毛腿导弹发射车的"Gorilla"小队的F-15E和英国皇家空军的旋风GR.1提供电子对抗保护。
同时415TFS中队的F-117夜鹰于02:50用GBU-27炸弹轰炸了努卡耶(Nukayb)的防空中心后拉开了轰炸战斗的序幕，之后12架飞机突击了巴格达地区的伊拉克空军指挥部和通信目标。一些隐身战斗机由前F-111飞行员驾驶，比如格雷格.菲斯特(Greg Feest)少校，他在1982年前是20TFW联队的一名武器系统官----他扔下了战争中的第一枚炸弹----此外还有精挑细选的FB-111A指挥官，比如麦克.马汉(Mike Mahan)少校。
伊拉克空军飞机加固掩体倾斜的侧面用于把炸弹弹开，但是F-111F机组们找到了与斜面呈垂直角度的轰炸方法，这个被炸毁的机库在科威特的艾哈迈德.贾贝尔基地里，1990年8月伊拉克人入侵后被战领。科威特的阿里.萨勒姆基地里也有这些法国人建造的机库，和许多伊拉克境内的机库一样遭到了联军飞机的轰炸。而在伊拉克境内，南斯拉夫人建造的机库最为坚固，混凝土有10英尺厚，而铁门则有24英寸厚。
马克.利斯托姆(Mark Lidstoem)上尉拍下的高精度轰炸伊拉克空军司令部，或者杰瑞.莱瑟曼(Jerry Leatherman)少校和保罗.多尔森(Paul Dolson)少校拍下的卡拉克(Al Karak)建筑的精确红外图像(他扔下的是GBU-10)向全世界证明激光制导炸弹致命的有效性。借助着飞机的匿踪特征，他们的任务异常出色，但同样也得到了EF-111A电子干扰机的帮助。BQM-74C靶机和战术空射诱饵引开了地空导弹和高射炮，第一枚炸弹落下后没过几分钟，联军空军就获得了有效的制空权，而完整的制空权则在2天后获得。
汤姆.列侬(Tom Lennon)上校驾驶着48TFW联队的联队长机"Miss Liberty II"(F-111F 70-2390，黄金峡谷行动中的"Remit 31")，是首架抵达塔伊夫基地的F-111F，并于第一个晚上带领着联队展开突击。这架飞机在伊拉克完成了29次任务，轰炸了58个目标。"我被指派去轰炸一个大型掩体，"列侬上校解释道，"我们发现目标后于很远的距离处扔下了炸弹(一枚GBU-15)。"他的6架飞机在整个晚上放出了67架飞机里只占很少的一部分，但是成功地用激光制导炸弹和CBU-87集束炸弹摧毁了巴拉德机场，冒着猛烈的高射炮火从200英尺高度安全撤离。
一架492TFS中队的F-111F挂载了GBU-10铺路II激光制导炸弹，这种炸弹的弹体是2000磅的Mk84，装有MAU-169可折叠弹翼和KMU-351激光引导头，轰炸的方圆误差为3英尺，于1977年进入现役。1991年2月14日，F-15E 89-0487用一枚GBU-10激光制导炸弹炸毁了一架悬停在天上的米-24。挂架侧面的LAU-105导轨上挂载的是AIM-9P响尾蛇导弹。在沙漠风暴行动期间F-111经常混挂GBU-24、GBU-10、GBU-10J/B(BLU-109穿透性弹体)、GBU-10E/B(Mk84常规弹体)。
另一名48TFW联队的飞行员马特.沃伦(Matt Warren)上尉回忆道他在以600节速度飞越边境时所产生的忧虑：
"起初，看起来像是我们发现了伊拉克搜索雷达的信号，他们知道我们正在飞过来。我们从低空接近，爬升至5000英尺，扔下一枚炸弹并继续调头，转向降回到低空，这样的攻击参数让我们对目标拥有一个更好的'可视角度'，而对炸弹的动能只造成了轻微的影响。"
当天晚些时候，当大约700多架飞机飞越伊拉克领空的时候，第二批40架F-111F分成5波轰炸了伊拉克的65座大型机场----伊拉克的杰利拜(Jalibah)、H-3、萨尔曼帕克和迪瓦尼耶(Ad Diwaniyah)、科威特的阿里.萨勒姆(Ali Al Salem)和艾哈迈德.贾贝尔(Ahamed Al Jaber)都在攻击目标的名单里。阿里.萨勒姆的防空火力尤为猛烈，3次GBU-24炸弹的投放都被迫放弃。然而，丹尼斯.埃尔特(Dennis Elter)中校和武器系统官凯斯.祖格尔(Keith Zuegel)上尉继续让激光保持着对目标的照射----加固飞机掩体的大门，尽管有3枚地空导弹从其身边飞过，可他们还是用GBU-24激光制导炸弹将其摧毁，两人均获得银星勋章。H-3基地大规模的化学武器储存设施被6架F-111F扔下的GBU-24A/B炸弹炸毁，但是有几名飞行员因为敌军战斗机的出现而被迫放弃对目标的照射，并做出规避机动。
"Redskin"小队的F-111F负责轰炸萨达姆在提克里特的行宫，编队在400英尺高度以540节速度飞行，有2架EF-111A提供支援，一枚GBU-10从房顶的窗户里钻入，对其造成了严重损伤。另一枚GBU-10被扔偏了一架F-111F因为系统问题而放弃任务，第4架飞机为了要躲避一架米格-29的追赶而被迫放弃，这架米格-29追赶这支小队超过70英里。"Redskin"小队下降至200英尺高度并将速度提高至600节来甩掉米格机，但这只是少数几次在攻击时被敌人战斗机打断的例子。虽然他们以四机编队飞行，但所有的F-111F都使用通常的单机攻击战术，每架飞机之间的攻击时间差为1.5分钟。
一架494TFS中队F-111F下挂载了GBU-24/B铺路III激光制导炸弹。炸弹的引导和控制由一个更加微妙的自动驾驶芯片负责，引导头和弹翼也更大，而不只是铺路II用于低空投放简单的逻辑控制系统。在黄金峡谷行动中，轰炸的精度本可以更高，但是炸弹数量奇缺，而且仅494TFS中队拥有使用经验。GBU-24的使用原理和GBU-10一样，到了90年代末期又增加了GPS引导单元，解决了F-111F在黄金峡谷和沙漠风暴行动期间因为恶劣天气导致的低能见度而无法投弹的问题。
在1990年12月21日离开上海福德前往塔伊夫的EF-111A参与了1月17日凌晨的最初的空战之一，这次空战的结果就是伊拉克空军于沙漠风暴行动中损失了他们的第一架飞机，这曾经就是F-111唯一的空战战果，然而，它很快就被划归给F-15C飞行员罗伯特.格雷特。吉姆.登顿(Jim Denton)上尉和布伦特.布兰登(Brent Brandon)上尉(武器系统官)在中空实施电子干扰时遭到了一架幻影F.1的追赶，这架伊拉克战机向他们发射了一枚魔术导弹，却被渡鸦扔出的镁光弹干扰了，登顿下降至地形跟踪雷达的最低飞行高度，在大过载转向中诱使后面的幻影撞地爆炸。
当晚F-111F一共起飞了40个架次，48TFW(P)联队放出了一支大规模攻击编队，试图在轰炸伊拉克空军的重要机场时降低防空火力对单机的威胁程度----在黄金峡谷行动中获得的重要经验。6架飞机对穆达伊西斯(Mudayisis)基地进行了一次尤为成功的轰炸，炸毁了机场上23个飞机掩体中的20个，GBU-24炸弹从20000英尺高度落下，摧毁了大量的战斗机。
塔伊夫基地的例行攻击计划很快就被建立起来了，一支F-111F小队于午夜升空，另一支在01:30左右起飞，到沙特阿拉伯边境与6架加油机汇合。穿过边境后激活电子对抗吊舱并关掉航行灯，接下来，飞机以8至20架不等的数量从各个不同的方向接近，来扰乱敌人的防空。一些任务要进入科威特的领空，比如汤米.克劳福德(Tommy Crawford)中校带领着一支6机编队去轰炸阿里.萨勒姆基地内停放有飞毛腿地对地导弹的飞机掩体。当他们从1000英尺高度进入时，他将目睹的这一切描述为"高射炮火建起的一道墙，看起来每隔50码就有一个人操纵着高射炮向我们射击，因此，我们从200英尺高度穿过边境并一直保持下去。"
在，头2个晚上，进去轰炸目标时都借助地形跟踪雷达，但是高射炮弹幕经常迫使机组不断地爬升或者下降来进行规避。一些飞机选择留在20000英尺高度，这样就减少了油料的消耗和轰炸前的空中加油。其中一支攻击编队没有通知加油机关于攻击计划的改变，在天上的KC-135机组不得不放掉大量的油料来达到安全的降落重量。
在返航的途中，几架F-111F由于塔伊夫基地的浓雾而转降至吉达(Jeddah)基地(对于习惯了东盎格鲁天气的机组来说并不奇怪)，其中包括列侬上校编队里一架挂载了GBU-24B实弹的飞机，其它的飞机由于油料消耗或者寻找加油机而不得不到应急机场降落(在低空高速飞行躲避防空火力的结果)，但所有的飞机都安全地返航了。然而，F-111F 70-2834在加油时因为和KC-135A相撞而遭受了轻微的损伤，这架飞机不得不被70-2369号机取代。2架飞机上遭受小口径武器射击的轻伤就像在前文中提到的，4架飞机遭到了一名优秀的米格-29飞行员的拦截，但是他们成功地于低空拉开距离，没有让他用雷达进行锁定。
48TFW联队本部的F-111F 70-2390"Miss Liberty"带着494TFS中队的74-0178(黄金峡谷行动中的'Remit 33'，肯.库姆斯中校的座机)、493TFS中队的F-111F 70-2403(麦克.马洛尼中校的座机)和390ECS中队的EF-111A 66-0014(同样也是366TFW联队长的座机)在沙漠盾牌行动中于沙特上空编队飞行。塔伊夫基地的48TFW(P)联队并不是直接对应雷肯希斯基地的48TFW联队，到了战争接近尾声的时候，你可以看见一架飞机带着一支中队的队徽，垂尾顶端是另一支中队的颜色，而主起落架轮毂罩上的颜色却是第三支中队的。
天亮后，一支由32架F-16C组成的编队在F-15C、F-4G野鼬鼠机和4架EF-111A的保护下轰炸了塔卡杜姆空军基地。一支典型的攻击编队就是F-15C在前方扫荡消灭敌军战机，F-4G发射哈姆反辐射导弹来压制地空导弹的雷达，2架EF-111A跟在后面负责干扰保护，然后再是攻击编队的F-111和F-16。攻击编队最初被要求保持在15000英尺高度，以躲避57mm口径以下的高射炮攻击，但是F-111和F-15E能够进入到更低的高度上。第一个晚上93%的激光制导炸弹都是由F-111F和F-117A扔下的，而且在战争中剩下的所有F-117起落架次、99.6%的F-111F起落架次和94%的F-15E的起落架次都是于夜间完成的。
另外一次在1月17日至18日夜间轰炸巴拉德机场的行动被一架米格-29和高射炮火打断，同时，20架轰炸飞机掩体的机群从12000英尺至20000英尺高度处进行攻击，但由于密集的防空炮火而被迫降低到低空投弹。最后一架飞机在扔掉GBU-10炸弹后雷达全向告警器响起，指出一架米格-29在20000英尺高度处将其锁定。这种主翼后掠冲向地面的经典战术再次奏效，但是F-111F进行规避机动时，米格机对其保持锁定时间长达30秒。